無機(jī)膠凝材料項(xiàng)目化教程-石灰及其他氣硬性膠凝材料

《無機(jī)膠凝材料項(xiàng)目化教程》主講：李子成模塊二氣硬性膠凝材料

項(xiàng)目二石灰1概述2石灰的原料3石灰石的鍛燒及石灰的結(jié)構(gòu)特性4石灰的水化反應(yīng)5石灰在水作用下的分散與漿體結(jié)構(gòu)形成過程6石灰漿體的硬化7石灰的應(yīng)用1石灰概述石灰（CaO）的分類根據(jù)使用性質(zhì)分為（主要由粘土雜質(zhì)造成）：

氣硬性石灰水硬性石灰（含水硬性活性物質(zhì)）根據(jù)成品加工方法分為（注意成分不同）：

塊狀生石灰生石灰粉消石灰粉石灰漿根據(jù)消化速度的快慢：（1）快速消化石灰：消化速度在l0min以內(nèi)；（2）中速消化石灰：消化速度在10~30min之間；（3）慢速消化石灰：消化速度在30min以上。

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石灰的原料制造石灰的原料是含碳酸鈣(CaCO3)為主的天然巖石，即石灰石等。

2石灰的原料天然原料:石灰石,方解石、大理石（純度高）、貝殼、珍珠、蛋殼、白堊等工業(yè)副產(chǎn)品：電石渣、制堿殘?jiān)业纳a(chǎn)生石灰也稱建筑石灰。原料有天然原料（石灰?guī)r和白云巖）和化工副產(chǎn)品（電石渣，CaCO3）根據(jù)煅燒程度可分為欠火石灰、正火石灰、過火石灰。900℃CaCO3==CaO+CO2生石灰正火石灰：正常溫度和煅燒時(shí)間所煅燒的石灰具有多孔結(jié)構(gòu)，內(nèi)部孔隙率大，表觀密度較小，晶粒細(xì)小，與水反應(yīng)迅速，這種石灰稱為正火石灰。欠火石灰：若煅燒溫度低或時(shí)間短時(shí)，石灰石的表層部分可能為正火石灰，而內(nèi)部會(huì)有未分解的石灰石核心；其石灰石核不能水化。過火石灰：若煅燒溫度過高或高溫持續(xù)時(shí)間過長(zhǎng)，則會(huì)因高溫?zé)Y(jié)收縮而使石灰內(nèi)部孔隙率減少，體積收縮，晶粒變得粗大，這種石灰稱為過火石灰；其結(jié)構(gòu)較致密，與水反應(yīng)時(shí)速度很慢，往往需要很長(zhǎng)時(shí)間才能產(chǎn)生明顯的水化效果。石灰石中常含有一定量的碳酸鎂（MgCO3）：MgO：結(jié)構(gòu)致密和水化速度很慢。按氧化鎂含量的多少，建筑石灰可分為鈣質(zhì)和鎂質(zhì)兩類。當(dāng)石灰中MgO含量小于或等于5％時(shí)，稱鈣質(zhì)石灰；當(dāng)MgO含量大于5％時(shí)，稱為鎂質(zhì)石灰。3

石灰石的鍛燒及石灰的結(jié)構(gòu)特性石灰是石灰石在鍛燒過程中，由碳酸鈣分解而成。其反應(yīng)式如下：CaCO3+178kJ/mol→CaO+CO2一、碳酸鈣的分解反應(yīng)一、碳酸鈣的分解反應(yīng)表2-2得出：碳酸鈣在550oC時(shí)已開始分解，此時(shí)，由于分解壓力很低，反應(yīng)很容易達(dá)到平衡，因此碳酸鈣的分解速度很小。800-850oC時(shí)分解加快，到898oC時(shí)，分解壓力達(dá)到0.1Mpa，該溫度為分解溫度。續(xù)提高溫度，分解速率繼續(xù)加快。

分解反應(yīng)是可逆的二、碳酸鈣的分解設(shè)備立窯二、碳酸鈣的分解溫度工業(yè)上為提高效率，提高石灰石產(chǎn)量，往往采用高于理論分解溫度的溫度進(jìn)行煅燒。一般石灰石的煅燒溫度波動(dòng)在1000-1200oC之間。影響碳酸鈣煅燒溫度的因素：致密程度：石灰石越致密，煅燒溫度越高；料塊大?。盒K的石灰石煅燒得快；料塊形狀：球狀、立方形、柱狀、片狀依次分解速率減慢；雜質(zhì)：粘土雜質(zhì)中的二氧化硅與CaO反應(yīng)生成C2S、CA、C2F，這些化合物可使石灰石分解溫度下降（主動(dòng)降低）。

菱鎂礦（MgCO3）雜質(zhì)：在保證CaCO3分解完全前提下，降低煅燒溫度（被動(dòng)降低）。四、氧化鈣的活性和結(jié)構(gòu)的關(guān)系（重點(diǎn)）碳酸鈣加熱分解的三個(gè)階段（D.R.格拉森試驗(yàn)）碳酸鈣的分解，形成具有碳酸鈣晶格形態(tài)的氧化鈣，稱為亞穩(wěn)氧化鈣，內(nèi)比表面積逐漸增加；亞穩(wěn)的氧化鈣再結(jié)晶，形成面心立方體氧化鈣晶體，這時(shí)內(nèi)比表面積達(dá)到最高點(diǎn)，CaO具有最高活性；再結(jié)晶的氧化鈣燒結(jié)，燒結(jié)過程伴隨晶體長(zhǎng)大，這時(shí)內(nèi)比表面積降低，CaO活性降低。

由內(nèi)比表面積分析碳酸鈣加熱分解的三個(gè)階段真空下煅燒碳酸鈣，內(nèi)比表面積開始快速增大，5h后達(dá)到最大內(nèi)比表面積，繼續(xù)煅燒內(nèi)比表面積減小?？諝庵徐褵妓徕}，內(nèi)比表面積的變化具有類似的規(guī)律，煅燒溫度越高，內(nèi)比表面積越小，得到的CaO活性越小。由晶格結(jié)構(gòu)分析碳酸鈣加熱分解的三個(gè)階段CaCO3中CO32-分解出CO2，Ca2+和O2-仍停留在CaCO3原來位置上，形成假晶氧化鈣；Ca2+和O2-化合形成面心立方體結(jié)構(gòu)的CaO，即假晶氧化鈣再結(jié)晶；CaO晶體的燒結(jié)，晶粒長(zhǎng)大。4石灰的水化反應(yīng)（重點(diǎn)）一、石灰的水化反應(yīng)過程及影響因素石灰的水化反應(yīng)（可逆反應(yīng)）

石灰與水作用后，迅速發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而生成氫氧化鈣的過程，即石灰的水化反應(yīng)，亦稱為“消化”、“熟化”。CaO+H2OCa(OH)2+64.9kJ

石灰水化反應(yīng)的條件

石灰水化是可逆反應(yīng)，反應(yīng)的方向取決于溫度及周圍介質(zhì)中水蒸氣壓力。

生石灰消化后產(chǎn)物尚不明確。生石灰用過量的水形成石灰膏。石灰、生石灰消石灰、熟石灰、石灰膏、石灰漿影響石灰水化反應(yīng)的因素煅燒條件對(duì)石灰水化反應(yīng)能力的影響含有一定量"欠燒"的石灰，具有較大的內(nèi)比表面積，CaO晶粒較小，其水化反應(yīng)能力比含有一定量"過燒"石灰的水化反應(yīng)能力大。正常煅燒過燒CaCO32.水化溫度對(duì)石灰水化反應(yīng)能力的影響石灰水化反應(yīng)速度隨著水化溫度的提高而顯著增加3.外加劑對(duì)石灰水化反應(yīng)能力的影響

加快水化的外加劑：氯鹽(NaCl、CaCl2等)延緩水化的外加劑：磷酸鹽、草酸鹽、硫酸鹽和碳酸鹽等

控制石灰水化時(shí)體積變化的措施：石灰細(xì)度水灰比介質(zhì)溫度石膏摻合料為什么？三、石灰的消化方法消石灰粉：人工、機(jī)械石灰漿：陳伏2周以上陳伏：為保證石灰完全熟化，石灰必須放入坑中以水覆蓋保存兩星期以上，這個(gè)過程稱為“陳伏”。否則，未水化的石灰顆粒將混砂漿中，在砂漿應(yīng)用之后熟化，體積膨脹，致使已硬化的砂漿產(chǎn)生“崩裂”或“鼓包”現(xiàn)象，影響工程質(zhì)量。石灰主要產(chǎn)品生石灰粉：由塊狀生石灰磨細(xì)生成。消石灰粉：將生石灰用適量水經(jīng)消化和干燥而成的粉末，主要成分為Ca(OH)2。石灰膏：將塊狀石灰石用過量水（約為生石灰體積的3～4倍）消化所得的膏狀物即為石灰膏，其主要成分為Ca(OH)2和水。石灰膏中的水分約占50%，容重為1300～1400kg/m3。lkg生石灰可熟化成1.5kg～3kg石灰膏。重點(diǎn)內(nèi)容回顧石灰水化特點(diǎn)控制石灰水化時(shí)體積變化的措施石灰的硬化干燥：石灰漿內(nèi)多余水分蒸發(fā)或被砌體吸收；結(jié)晶：Ca（OH）2從飽和溶液中析出，晶體互相交叉連生，從而提高強(qiáng)度。（結(jié)晶硬化）碳化：Ca（OH）2空氣中的CO2發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成CaCO3使石灰的強(qiáng)度逐漸提高。（碳化硬化）

Ca（OH）2+CO2+nH2O

CaCO3+(n+1)H2O

由于空氣中的二氧化碳量少，碳化不充分，且緩慢。石灰的特性1.可塑性和保水性較好。高度分散的Ca(OH)2膠體表面吸附較厚水膜。2.生石灰水化時(shí)水化熱大，體積增大（增大1.0～2.5倍）。石灰的“熟化”或“消化”

過火石灰：硬化后慢慢水化膨脹→局部隆起和開裂→需“預(yù)水化”（陳狀）二周左右。

陳伏：為保證石灰完全熟化，石灰必須放入坑中以水覆蓋保存兩星期以上，這個(gè)過程稱為“陳伏”。否則，未水化的石灰顆粒將混砂漿中，在砂漿應(yīng)用之后熟化，體積膨脹，致使已硬化的砂漿產(chǎn)生“崩裂”或“鼓包”現(xiàn)象，影響工程質(zhì)量。3.硬化緩慢。石灰漿的硬化過程：結(jié)晶作用，干燥作用。水分蒸發(fā)，Ca(OH)2逐漸結(jié)晶析出。碳化作用。表層以CaCO3為主，內(nèi)層以Ca(OH)2晶體為主，內(nèi)部水分脫出緩慢，因而石灰凝結(jié)硬化緩慢。4.硬化時(shí)體積收縮大。

游離水分蒸發(fā)所致。除調(diào)成石灰乳做薄層粉刷外，不宜單獨(dú)使用。施工時(shí)常加入骨料或纖維材料（如麻刀、紙筋）。6.耐水性差。大部分尚未碳化的Ca(OH)2易溶于水所制。石灰不宜用于潮濕環(huán)境。7.吸濕性強(qiáng)，是傳統(tǒng)的干燥劑。5.硬化后強(qiáng)度低。生石灰消化理論需水量32.13%，實(shí)際消化用水量很大，多余水分在硬化后蒸發(fā)留下大量孔隙。1:3石灰砂漿28d抗壓強(qiáng)度只有0.2~0.5MPa。5石灰在水作用下的分散與漿體結(jié)構(gòu)形成過程（自學(xué)）6石灰漿體的硬化（自學(xué)）7石灰的技術(shù)指標(biāo)及應(yīng)用（重點(diǎn)）石灰檢測(cè)及應(yīng)用的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)JC/T479-92《建筑生石灰》JC/T480-92《建筑生石灰粉》JC/T481-92《建筑消石灰粉》JC/T620-2009《石灰取樣方法》蒸壓灰砂磚，蒸壓加氣混凝土，粉煤灰磚，砌塊等用生石灰還應(yīng)滿足JC/T621-2009《硅酸鹽建筑制品用生石灰》；橋涵用石灰技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)滿足建筑石灰技術(shù)要求；路面基層用石灰技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)滿足JTJ034-2000《公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范要求》。石灰的技術(shù)要求1.建筑生石灰產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)：《建筑生石灰》（JC/T479-92）鈣質(zhì)生石灰（MgO≤5%），鎂質(zhì)生石灰（MgO＞5%）。建筑生石灰的技術(shù)指標(biāo)項(xiàng)目鈣質(zhì)生石灰

鎂質(zhì)生石灰

優(yōu)等品一等品合格品優(yōu)等品一等品合格品CaO+MgO含量≥，（%）908580858075CO2含量≤，（%）5796810未消解殘?jiān)浚?mm圓孔篩余）≤，（%）5101551015產(chǎn)漿量≥，（L/kg）2.82.32.02.82.32.02.建筑生石灰粉

產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)：《建筑生石灰粉》（JC/T480-92）；分類：鈣質(zhì)生石灰粉（MgO≤5%），鎂質(zhì)生石灰粉（MgO＞5%）。建筑生石灰粉的技術(shù)指標(biāo)項(xiàng)目鈣質(zhì)生石灰粉鎂質(zhì)生石灰粉優(yōu)等品一等品合格品優(yōu)等品一等品合格品CaO+MgO含量≥,（%）

858070807570CO2含量≤,（%）791181012細(xì)度0.90mm篩的篩余≤,（%）0.20.51.50.20.51.50.125mm篩的篩余≤,（%）7.012.018.07.012.018.03.建筑消石灰粉

產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)：《建筑消石灰粉》（JC/T481-92）；分類：鈣質(zhì)消石灰粉（MgO＜4%），鎂質(zhì)消石灰粉（4%≤MgO＜24%），白云石消石灰粉（24%≤MgO＜30%）。建筑消石灰粉的技術(shù)指標(biāo)項(xiàng)目鈣質(zhì)消石灰粉鎂質(zhì)消石灰粉白云石消石灰粉優(yōu)等品一等品合格品優(yōu)等品一等品合格品優(yōu)等品一等品合格品CaO+MgO含量≥,（%）706560656055656055游離水（%）0.4~2體積安定性合格合格—合格合格—合格合格—細(xì)度0.90mm篩的篩余≤,(%)000.5000.5000.50.125mm篩的篩余≤,(%)3101531015310154.石灰取樣

產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)：《石灰取樣方法》（

JC/T

620-2009）；取樣工具：取樣管，取樣鏟，普通尖頭鋼鍬。取樣地點(diǎn)：生產(chǎn)廠內(nèi)，或供需雙方協(xié)定地點(diǎn)。取樣部位：出料口，倉庫，其他部位。取樣量

生石灰或消石灰粉取樣：散裝（或袋裝）用取樣管取樣，隨機(jī)抽取10袋（或10個(gè)點(diǎn)）；輸送口及包裝機(jī)口用取樣鏟取樣，每袋（或每個(gè)點(diǎn)）取樣量不少于500g；總量不少于5kg。

生石灰塊取樣：堆場(chǎng)、倉庫、車船等用普通尖頭鋼鍬取樣；輸送口及包裝機(jī)口用取樣鏟取樣，隨機(jī)抽取12份，每份不少于2kg，總量不少于24kg。5.硅酸鹽建筑制品用生石灰

產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)：《硅酸鹽建筑制品用生石灰》JC/T621-2009本標(biāo)準(zhǔn)主要適用于蒸壓加氣混凝土(以下簡(jiǎn)稱加氣混凝土)、蒸壓灰砂磚(以下簡(jiǎn)稱灰砂磚)、粉煤灰磚及粉煤灰砌塊等硅酸鹽建筑制品用的生石灰。硅酸鹽建筑制品用生石灰技術(shù)指標(biāo)6.公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范要求產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)：《公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范要求》JTJ034-2000公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范要求石灰的應(yīng)用石灰的應(yīng)用品種適用范圍生石灰配置石灰膏；磨細(xì)成生石灰粉。生石灰粉（磨細(xì)生石灰粉）調(diào)制石灰砌筑砂漿或抹面砂漿；配置無熟料水泥（石灰礦渣水泥、石灰粉煤灰水泥、石灰火山灰水泥等）；制作硅酸鹽制品（如灰砂磚等）；制作碳化制品（如碳化石灰空心板）；石灰土（灰土）和三合土。消石灰粉制作硅酸鹽制品；石灰土和三合土。石灰膏調(diào)制石灰砌筑砂漿或抹面砂漿；稀釋成石灰乳（石灰水）涂料。石灰乳用于內(nèi)墻和平頂刷白抹面砂漿。（1）

灰土＝石灰(消石灰粉)＋粘土（2）三合土＝石灰＋粘土＋砂（3）四合土＝石灰＋粘土＋砂＋石（4）二灰結(jié)石

＝

石灰＋粉煤灰＋砂＋石1.制作石灰乳涂料石灰乳由消石灰粉或消石灰漿摻大量水調(diào)制而成。可用于建筑室內(nèi)墻面和頂棚粉刷。摻入107膠或少量水泥?；郀t礦渣(或粉煤灰)，可提高粉刷層的防水性；摻入各種色彩的耐堿材料，可獲得更好的裝飾效果。2.配制砂漿

石灰漿和消石灰粉可以單獨(dú)或與水泥一起配制成砂漿，前者稱石灰砂漿，后者稱混合砂漿，用于墻體的砌筑和抹面。為了克服石灰漿收縮性大的缺點(diǎn)，配制時(shí)常要加入紙筋等纖維質(zhì)材料。項(xiàng)目三鎂質(zhì)膠凝材料菱苦土是一種白色或淺黃色的粉末，其主要成分是氧化鎂（MgO）菱苦土作為膠凝材料與石灰的原理不同，石灰的最終反應(yīng)化學(xué)原理是Ca(OH)2→CaCO3生成物要求是CaCO3,而菱苦土的反應(yīng)生成物是Mg(OH)2。鎂質(zhì)膠凝材料——菱苦土菱苦土的生產(chǎn)原料苛性苦土(MgCO3)：菱鎂礦苛性白云石CaMg(CO3)2

蛇紋石(含水硅酸鎂)冶煉鎂合金的熔渣(MgO含量>25%)菱苦土的生產(chǎn)鎂質(zhì)膠凝材料是將菱鎂礦或白云石經(jīng)煅燒、磨細(xì)而制成。煅燒的菱苦土為白色或淺黃色粉末?？列园自剖癁榘咨勰?。聯(lián)系石灰理解菱苦土過燒MgO的危害？菱苦土的水化硬化一般與MgCl2溶液按一定比例混合，硬化快，強(qiáng)度高。但吸濕性強(qiáng)，耐水性差。形成的水化產(chǎn)物主要為氯氧化鎂和氫氧化鎂。特點(diǎn)氯化鎂溶液（密度為1.2g/cm3）的摻量一般為菱苦土的55%～60%。摻量太大則凝結(jié)速度過快，且收縮大、強(qiáng)度低。摻量過少，則硬化太慢、強(qiáng)度也低。此外，溫度對(duì)凝結(jié)硬化很敏感，氯化鎂摻量可作適當(dāng)調(diào)整。使用菱苦土用水拌和時(shí)，將生成Mg(OH)2，它疏松而無膠凝性，硬化慢且強(qiáng)度低。故常用MgCl2等鹽類水溶液拌和，配成氯氧鎂水泥，它硬化較快，強(qiáng)度較高，應(yīng)用最廣。菱苦土的應(yīng)用生產(chǎn)木屑地板、木絲板、刨花板等。菱苦土板材用于機(jī)械包裝材料，可以節(jié)約大量木材。與木屑制備菱鎂混凝土，配入竹筋等制成混凝土構(gòu)件，作包裝箱板、建筑門窗、活動(dòng)房等。只能用于干燥狀態(tài)下，而不能受潮、遇水或酸性介質(zhì)侵蝕的部位。玻璃纖維增強(qiáng)氯氧鎂水泥，作瓦和板材等。項(xiàng)目四水玻璃水玻璃俗稱為泡花堿，是一種易溶于水的堿金屬硅酸鹽，最常用的是硅酸鈉和硅酸鉀兩種——R2O?nSiO2。也可將二者按比例混合，又叫混合水玻璃。硅酸鹽大多不溶于水，但是水玻璃除外。水玻璃分類1.按模數(shù)大小：高模數(shù)水玻璃和低模數(shù)水玻璃2.按堿金屬氧化物：鉀水玻璃、鈉水玻璃和混合水玻璃；3.按融制時(shí)的原料，特別是堿金屬氧化物原料：純堿（碳酸鹽）水玻璃和硫酸鈉水玻璃；4.改性水玻璃：摻有外加劑的水玻璃；5.按水玻璃中二氧化硅含量多少，有中性和堿性水玻璃——水解后都為堿性。水玻璃

水玻璃的組成水玻璃是由不同比例的堿金屬氧化物和二氧化硅化合而成的一種可溶于水的硅酸鹽。

根據(jù)堿金屬氧化物的不同，水玻璃有：硅酸鈉水玻璃（Na2O·nSiO2）、硅酸鉀水玻璃Ｋ2Ｏ·nSiO2）、硅酸鋰水玻璃（Li2O·nSiO2）等品種，最常用的是硅酸鈉水玻璃。水玻璃模數(shù)水玻璃的生產(chǎn)生產(chǎn)水玻璃的方法分為濕法和干法兩種。

濕法：R2O＋nSiO2+H2O水玻璃干法：R2O＋nSiO2R2O·nSiO2

R2O·nSiO2+H2O水玻璃水玻璃的硬化水玻璃與空氣中的CO2反應(yīng)，生成無定型的硅酸凝膠，隨著水分揮發(fā)干燥，硅酸凝膠轉(zhuǎn)變成SiO2而硬化。為了加速水玻璃的硬化，可加熱或摻入12%~15%的促硬劑氟硅酸鈉。水玻璃的性質(zhì)水玻璃在凝結(jié)硬化后，具有以下特性：

A.黏結(jié)力強(qiáng)、強(qiáng)度較高------水玻璃在硬化后，其主要成分為二氧化硅凝膠和氧化硅，因而具有較高的黏結(jié)力和強(qiáng)度。B.耐酸性好------由于水玻璃硬化后的主要成分為二氧化硅，它可以抵抗除氫氟酸、過熱磷酸以外的幾乎所有的無機(jī)和有機(jī)酸。C.耐熱性好------硬化后形成的二氧化硅網(wǎng)狀骨架，在高溫下強(qiáng)度下降不大。D.耐堿性和耐水性差------水玻璃在加入氟硅酸鈉后仍不能完全硬化，仍然有一定量的水玻璃Na2O·nSiO2。由于SiO2和Na2O·nSiO2均可以溶于堿，且Na2O·nSiO2可溶于水，所以水玻璃硬化后不耐堿、不耐水。（１）用作涂料:涂刷材料表面直接將液體水玻璃涂刷在建筑物表面，或涂刷粘土磚、硅酸鹽制品、水泥混凝土等多孔材料，可使材料的密實(shí)度、強(qiáng)度、抗?jié)B性、耐水性均得到提高。這是因?yàn)樗Ａc材料中的Ｃa(OH)2反應(yīng)生成硅酸鈣凝膠，填充了材料間孔隙。但水玻璃不得用來涂刷或浸漬石膏制品。因?yàn)樗Ａc石膏反應(yīng)生成硫酸鈉（Na2SO4），在制品孔隙內(nèi)結(jié)晶膨脹，導(dǎo)致石膏制品開裂破壞。（